This paper is concerned with conditionally structure-preserving, low regularity time integration methods for a class of semilinear parabolic equations of Allen-Cahn type. Important properties of such equations include maximum bound principle (MBP) and energy dissipation law; for the former, that means the absolute value of the solution is pointwisely bounded for all the time by some constant imposed by appropriate initial and boundary conditions. The model equation is first discretized in space by the central finite difference, then by iteratively using Duhamel's formula, first- and second-order low regularity integrators (LRIs) are constructed for time discretization of the semi-discrete system. The proposed LRI schemes are proved to preserve the MBP and the energy stability in the discrete sense. Furthermore, their temporal error estimates are also successfully derived under a low regularity requirement that the exact solution of the semi-discrete problem is only assumed to be continuous in time. Numerical results show that the proposed LRI schemes are more accurate and have better convergence rates than classic exponential time differencing schemes, especially when the interfacial parameter approaches zero.


翻译:本文涉及对Allen-Cahn型半线性抛物线式半线性抛物线性方程式的有条件结构保护、低定期时间整合方法。这类方程式的重要特性包括最大约束原则(MBP)和能量散射法;对于前者,这意味着解决办法的绝对值在所有时间都有明显的约束,由适当的初始条件和边界条件施加的某种常数限制。模型方程式首先在空间中以中央限度差分分离,然后通过迭接地使用Duhamel的公式,为半分解系统的时间分解而建立第一和第二级低常规集成器(LRIs)。拟议的LRI计划证明维护了MBP和离散能源稳定性。此外,其时间误差估计也是在低常规性要求下成功得出的,即假定半分解问题的确切解决办法只在时间里持续。数字结果显示,拟议的LRI计划比典型的指数分界办法更准确,比典型的指数分界计划更趋近,特别是当内部参数接近时。

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